Propagation dans l'ionosphère en présence de turbulences : applications aux radars HF

Wave propagation in ionosphere with irregularities : applications to HF radars

• Auteur / Autrice : Marie-José Abi Akl
• Direction : Marc Hélier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l’ingénieur
• Date : Soutenance le 17/11/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et électromagnétisme (Paris ; 2009-2019)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Roussel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Darces, Philippe Pouliguen, Yannick Béniguel, Florent Jangal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Vigneras, Yvon Erhel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrons -- Distribution

Radar à haute résolution

Ondes radioélectriques -- Propagation dans l'ionosphère

Mots clés libres

Ionosphère

Radars HF à onde de ciel

Radars HF à onde de surface

Propagation

Densité électronique

Instabilités ionosphériques

Ionospheric propagation

HF radars

Electronic density

Résumé

Le radar haute fréquence (HF : 3 MHz à 30 MHz) à mode hybride est une solution prometteuse pour assurer la surveillance permanente, jusqu'à 2000 km, de zones maritimes et terrestres. Ce mode est une combinaison des modes de fonctionnement des radars à onde de ciel et à ondes de surface. Lorsque l'intégration du signal est effectuée sur une cible lente, les instabilités ionosphériques affectent les images Doppler-distance. Pour rendre compte de ce phénomène en simulation, un module logiciel basé sur des modèles probabilistes du fouillis ionosphérique a été développé dans le but de simuler le comportement spatial et temporel de l'ionosphère dans le traitement radar. La version finale de ce module est basée sur le profil de densité électronique de Booker, aléatoirement modifié en espace à partir de la fonction de densité spectrale de puissance de Shkarofsky. L'aspect temporel a été aussi pris en compte dans le traitement radar en appliquant aux chemins de phase aléatoires ainsi générés un filtrage passe-bas en prenant en considération les variations du TEC (Contenu Électronique Total). La sensibilité des étalements en décalage Doppler et en distance aux paramètres de la densité spectrale de puissance et à la valeur de la fréquence de coupure du filtre passe-bas, a également été étudiée. Enfin, les images synthétisées ont été comparées aux images réelles obtenues à partir d'un radar HF situé dans le Sud de la France.

High-frequency (HF: 3 MHz to 30 MHz) hybrid mode radar is a promising solution for continuous monitoring of sea and land areas up to 2000 km. This mode is a combination of the modes of operation of the sky wave and surface wave radars. When signal processing is performed on a slow target, the ionospheric irregularities degrade the Doppler-distance images. To take this phenomenon into account in simulation, a software module based on probabilistic models of the ionospheric clutter has been developed with the aim of simulating the spatial and temporal behavior of the ionosphere in radar processing.The final version of this module is based on Booker's electron density profile, randomly modified in space from the Shkarofsky power spectral density function. The temporal aspect has also been taken into account in the radar processing by applying to the random phase paths thus generated a low-pass filtering taking into consideration the TEC (Total Electron Content) variation. The sensitivity of the Doppler shift and distance spreading to the parameters of the power spectral density and the cut-off frequency of the low-pass filter has also been studied. Finally, the synthesized images have been compared with the actual images obtained from an HF radar located in the South of France.